基于代理模型的高效全局气动优化设计方法研究进展

基于高可信度计算流体力学的数值优化设计方法，在提高飞行器气动与综合性能方面正发挥着越来越重要的作用。基于代理模型的优化算法（SBO），由于能够实现高效全局优化，逐渐成为了气动优化设计领域的研究热点之一。近20年来，代理优化算法研究已取得了长足进步，多种先进的新型代理模型被提出，优化理论和算法也不断完善和发展。以飞行器精细化气动优化设计为背景，综述了基于代理模型的高效全局气动优化设计方法研究进展。首先，介绍了基于变可信度代理模型的气动优化设计方法、结合代理模型和伴随方法的气动优化设计方法以及基于非生物进化的并行气动优化设计方法的研究现状和最新进展。然后，针对飞行器气动优化设计学科领域的前沿问题，介绍了基于代理模型的多目标气动优化设计方法、混合反设计/优化设计方法、稳健气动优化设计方法的研究进展，以及基于代理模型的多学科优化设计方法的研究进展。文献综述表明，代理优化算法在设计效率、全局性以及鲁棒性等方面性能优良，已经发展到可以解决100维（100个设计变量）以内的气动优化设计问题，具有良好的工程应用前景。最后，探讨了基于代理模型的高效全局气动优化设计在理论、方法及飞行器设计应用方面所面临的问题和挑战，给出了未来研究方向的建议。     

Numerical Simulation of Rotor-aerodynamic Surface Interaction in Hover Using Moving Chimera Grid

Three-dimensional unsteady Navier-Stokes equations are numerically solved to simulate the aerodynamic interaction of rotor, canard and horizontal tail in hover based on moving chimera grid. The variations of unsteady aerodynamic forces and moments of the canard and horizontal tail with respect to the rotor azimuth are analyzed with the deflection angle set at 0° and 50°, respectively. The pressure map of aerodynamic surfaces and velocity vector distribution of flow field are investigated to get better understanding of the unsteady aerodynamic interaction. The result shows that the canard and horizontal tail present different characteristics under the downwash of the rotor. The canard produces much vertical force loss with low amplitude fluctuation. Contrarily, the horizontal tail, which is within the flow field induced by the down wash of the rotor, produces only less vertical force loss, but the amplitudes of the lift and pitching moment are larger, implying that a potential deflection angle scheme in hover is 50° for the canard and 0° for the horizontal tail.     

CT-1标模大迎角静态气动特性数值模拟

 采用雷诺平均的Navier-Stokes方程,对接网格技术和TRIP（TRI sonic Platform）软件,数值模拟了CT-1标模大迎角静态气动特性。来流马赫数0.5,迎角0°～100°,侧滑角0°和5°,在与1.2 m跨声速风洞试验结果对比的基础上,重点讨论了对流项离散方法、湍流模型、远场距离和不同尾部处理形式对CT-1标模大迎角静态气动特性影响。研究结果表明,不同尾部处理形式对大迎角静态气动特性数值模拟结果影响显著,模拟试验的尾部支杆是对比大迎角静态测力试验结果与计算结果的基本要求。     

耦合运动非定常气动模型对飞机飞行特性仿真的影响

 在大振幅偏航滚转单自由度强迫振荡和耦合强迫振荡运动风洞试验的基础上,分别运用准定常气动力建模方法和非定常气动力建模方法,获取飞机的气动力模型;运用两种不同的气动力模型,对飞机的纵向正弦振荡机动飞行进行了仿真。结果表明,准定常模型在小迎角下的仿真结果与非定常模型的结果基本一致;在较大迎角时,准定常模型仿真结果趋于稳定,而非定常模型仿真结果使飞机进入横航向振荡飞行状态,这一现象与F-16XL的试飞结果类似,其主要原因是耦合运动的非定常模型与准定常模型所产生的阻尼特性不一致。这也表明,分析大迎角飞行特性时应考虑耦合运动下的非定常气动特性。     

积冰几何特性对翼型性能影响的神经网络预测

积冰几何形状对翼型气动系数的影响是复杂的.采用BP(Back Propagation)神经网络的LM(Levenberg-Marguardt)学习算法,建立明冰的典型几何特性(冰角前缘半径、冰角高度和冰角位置)对翼型气动系数影响的神经网络,得到该3种几何参数对气动系数影响的规律;建立了典型冰形参数对最大升力系数影响的神经网络,该网络能很好的预测冰形参数对应的最大升力系数值;此外,建立了冰型位置对舵面铰链力矩系数影响的神经网络.仿真结果表明,BP神经网络仿真结果与实验值具有高度一致性,并能预测非实验值条件下的气动系数;翼型表面积冰位置变化对气动系数影响最大;铰链力矩系数在失速迎角达到之前就发生突变,可以更安全地用来预测失速的发生.      

对接机构真空热试验外热流模拟方案研究

根据对接机构的结构特点和真空热试验要求,提出了红外笼、电加热片,以及红外笼+加热片组合3种对接机构外热流模拟方案.仿真计算了在真空罐模拟环境中各方案对接机构构件的稳态温度分布,并与轨道环境进行了比较.确定了最大温差构件.结果表明:红外笼方案较简单,适于正样飞行产品;电加热片和红外茏+加热片方案的地面模拟准确性较佳,适于初样地面产品试验.     

高升阻比乘波体外形设计及气动特性计算研究

采用数值模拟方法研究在设计点(马赫数6,迎角0°)锥导乘波体气动外形的设计方法及其基本气动特性,以及在非设计点时该乘波体的气动特性,即各个气动系数随迎角和马赫数的变化特性.研究表明:基于无粘锥形流的乘波体气动外形的反设计方法是成功的;在设计点附近选取合适的半基准圆锥激波角并考虑粘性影响时,可得到乘波体最大升阻比为3.36;给出了采用这一布局的单级入轨运载器的可行的飞行控制方案;分析提出了进一步提高该乘波体气动布局升阻比的有效途径.      

系缆气球的气动力估算和配平计算

从飞行力学分析的角度,用传统的气动力估算方式对具有倒"Y"型尾翼的系缆气球的气动力特性进行估算.考虑气球与系缆的综合系统,建立系缆气球平衡方程并进行配平计算.在不同的风速条件下,采用牛顿下降梯度法迭代求解非线性代数方程组形式的系缆气球平衡方程.通过不同风速及不同系缆位置的平衡状态的对比分析,确认系缆的最佳悬挂位置.      

低泄漏高寿命刷式封严的数值计算

通过空气动力学计算方法探索新型低泄漏高寿命三层片式刷式封严结构。利用商用计算流体力学软件STAR-CD,用定常可压缩N-S方程对刷封进行三维流动模拟,计算不同压差下的泄漏情况。以泄漏量作为评价指标,确定新型刷式封严结构的密封特性并对其进行改进。计算结果表明:随着进出口压差的增大,泄漏量增大;改进的封严刷环结构泄漏性能优于简单的片式刷封结构;"70度模型"的泄漏性能略好于"75度模型",说明增加层与层间的夹角可以达到减少泄漏量的效果。      

某卫星真空热试验中一些新要求的解决措施

某卫星在进行真空热试验时,对热流提出了三个方面的新要求：(1)对某些热流要求较低的加热区的加热笼进行修改,提高其低热流实现能力;(2)减小支架漏热;(3)实时计算设计热流和实际热流的周期积分偏差。由于修改时的约束条件较多,新的要求的满足非常困难。经过努力,最终解决了这些问题,通过对某些加热笼采取加热带双面涂黑漆的方法,实现了低热流;经过计算和针对性的设计,支架漏热不超过0．1188W;同时实现了设计热流与实际热流周期积分偏差的实时计算。